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1、机器人课程设计报告苏州市职业大学课程设计说明书名称会追光的机器人12月31日至1月4日共1周院 系电子信息工程系班级 10电气3姓名 谢士强学号系主 任张红兵教研室主任邓建平指导教师宋佳目录第一章绪论错误!未定义书签。1.1课程设计任务背景 错误!未定义书签。1.2课程设计的要求 错误!未定义书签。第二章硬件设计 错误!未定义书签。2.1结构设计错误!未定义书签。2.2电机马区动 错误!未定义书签。2.3传感器 错误!未定义书签。2.3.1光强传感器 错误!未定义书签。2.3.2光强传感器原理 错误!未定义书签。2.4硬件搭建 错误!未定义书签。第三章软件设计错误!未定义书签。3.1步态设计
2、错误!未定义书签。3.1.1步态分析： 错误!未定义书签。3.1.2程序逻辑图：错误!未定义书签。3.2用NorthStar设计的程序 错误!未定义书签。第四章总结错误!未定义书签。第五章 参考文献 错误!未定义书签。第一章绪论1.1课程设计任务背景机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成.这 三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一 环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人 普遍用于工业白动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助 机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器 人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用 途负重机
3、器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等 的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特 点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘 进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无 限制，只要能想到的，就能够去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方 向，能够小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器 人会更加聪明1.2课程设计的要求设计一个机器人系统，该机器人能够是轮式、足式、车型、 人型，也能够是仿其它生物的，但该机器人应具备的基本功能 为：能够
4、灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还 应具备一项其它功能，该功能可白选（如亮灯、按钮启动、红外 接近停止等）。具体要求如下：1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实 物。2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器；3、设计追光策略及运动步态；4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；5、调试；6、完成课程设计说明书，内容：方案设计、硬件搭建过程（附照片）、控制算法流程、程序编写、调试结果、心得体会。第二章硬件设计机器人的硬件主要包括主控板、电机以及传感器。我们需要搭建的系统就是一个能白动平衡的机器人，并不需要能够载人，所有Segway的系统对我们而言是有参考价值的
5、，根据设计是系统要 求，该方案的选材及控制如下。2.1结构设计1）MultiFLEX2-AVR控制器，1 块;2）多功能调试器和线，1套；3）光强传感器，2个；4）舵机，8个；5）连接件，若干。舵机:控制器:2.2电机驱动驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。采用的动力源 不同，驱动系统的传动方式也就不同。驱动系统的传动方式主要 有四种：液压式、气压式、电气式和机械式。电力驱动是当前使 用最多的一种驱动方式，其特点是电源取用方便，响应快，驱动 力大，信号检测、传递、处理方便，并能够采用多种灵活的控制 方式，驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，当前也有采用直 接驱动电机，可是造价较高，控制也较
6、为复杂。电动机也称电机（俗称马达），在电路中用字母“ M” （旧 标准用“ D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器 或各种机械的动力源。电动机按结构及工作原理可分为直流电动 机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电 动机、磁阻同步电动机和磁滞同布电动机。异步电动机可分为感 应电动机和交流换向器电动机。直流电动机按结构及工作原理可 分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型 所需的舵机种类也随之不同。舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测 器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板 上的IC判断
7、转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿 轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经 到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值 也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服 马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生 磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用 力。伺服电动机又称执行电动机，在白动控制系统中，用作执行 元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输 出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号 电压为零时无白转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，伺服 电机内部的转子是永磁铁，驱动器控
8、制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机白带的编码器反馈信 号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转 动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。2.3传感器传感器是白动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统 中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。传感器技术它综 合了多方面的知识，在近几年体现尤为突出。人类具有五种感觉 （视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉 ）。机器人需要经过传感器得到这 些感觉信息。当前机器人只具有视觉、听觉和触觉，这些感觉是 经过相应传感器得到的。机器人传感器根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部 传感器。a. 内部传感器
9、：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度） 的传感器。多为检测位置和角度的传感器。b. 外部传感器：用来检测机器人所处环境（如是什么物体， 离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传 感器。具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感 器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。2.3.1光强传感器光强传感器是一种感应光的强弱并进行显示、处理的测量装 置。使它能够完成多种光学实验，诸如比较光强和距离的关系； 研究光的干涉、衍射、偏振；在不同光源下测量光的相对强弱； 研究不同光源的明、暗变化等。常见于生物、化学实验中。光强 传感器对可见光波长的光照强度很敏感，其核心元件是一只光 敏
10、电阻其输出的信号为与光强相关的模拟信号，光强传感器对可见光波长的光照强度很敏感，其核心元件是一只光敏电阻, 光强传感器的外观如图2.3所示。图2.3光强传光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感 器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外 线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还能够作为探测 元件组成其它传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非 电量转换为光信号的变化即可。光传感器是当前产 量最多、应 用最广的传感器之一，它在白动控制和非电量电测技术中占有 非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲 击接合处就会产生电流。2.3.2光强传感器原理利用光敏元件
11、可将光信号的特点，将柴油机燃烧室内着火燃 烧时火焰光辐射信号转换为电信号而反映出柴油机的燃烧情况。下图2.4为光强传感器的原理图（叮光也泊*电E嘿归建 吏皑二教&停网麻，图2.4强传感器的原理光强传感器应用在农业生产、气象环保等工作中，光照强度是环境监测中的 重要参数。特别是在温室大棚中，光强对作物有着决定性的作 用。因此光强传感器应用于室内光照度的测定，光源强度与距离 间关系的研究。2.4硬件搭建1、安装底盘和舵机架，安装舵机时需要注意其两端并不完全对 称，需要其实际情况来装配舵机，以保证轮子的对称分布。2、安装舵机，将舵机装入舵机架中用螺丝钉固定。3、安装橡胶轮，用LZ4H接件安装轮子，并
12、用螺丝钉固定。4、修改ID号，取出多功能调试器和电源，连接好左前轮舵机。查看端口号并打开串口，我的电脑”点右键，选择 管理 选择 设备管理器 选择 端口 COM和LPT，即可看到端口号“USB SerialPort (COM1)。”I- J 端口 (COM 和 LPT)J? USB Serial Port (COML) 3 ET上1逢皿夕5、 组装机械手，在这里组装的是一个3白由度的机械手，即手 掌、腕关节和肘关节。6、 安装光敏传感器、红外接近传感器、控制器和LED丁到上底板 上。7、接线，将光敏传感器IO10IO10，红外接近传感器接到IO9, LED丁分别接到IO0IO3。将轮子上的4个
13、舵机两两相连，。连接好 多功能调节器，控制器和 PO,将直流稳压电源连接到控制器， 搭建好的轮形机器人如下图 2.5所示。图2.5轮式机器第三章软件设计3.1步态设计3.1.1步态分析：轮式机器人前进分为五步，第一步，前进，；第二步，左转；第三步，右转；第四步，前进；第五步，重复第一步，实现循环。追光的步态设计：在获取了两侧的光强数值后，便能够开始设计程序的逻辑框架。将情况分为3种：状况一，左侧光比右侧光强；状况二，左侧光比右侧弱，状况三，左右侧光强近似相等。这三种情况在逻辑上较好区分， 而且覆盖了所有可能出现的状态。在程序的主程序里，用三个条 件来区分这三种情况。作为左右光强比较的中间变量，
14、对两侧光强的差值Diff进行计算：Diff=Left-Right,三种状况的区分将围绕差值Diff进行：状况一，左侧光强比右侧光强：Diff50状况二，左侧光强比右侧光弱：Diff50状况三，左侧光强与右侧光接近相等：Diff=50在判断条件里，使用 50这个数值，是考虑到不同的光强传感器采集同样的光照强度数据可能存在着差异，因此给出一个区间而不是一个数据3.1.2程序逻辑图：根据该项目的设计要求在画程序流程图时应对程序有一定的分析，分析后得到如下图3.1所示的程序逻辑图。图3.1程序逻辑3.2用NorthStar设计的程序根据要求编写机器人追光的程序逻辑图但在编写程序时应注意舵机中参数的设计
15、和舵机调试是ID参数的设置。机器人追光程序如图3.2所示图3.2程序流程实验结果分析本次实验的机器人虽然是轮式的不是很像人但它能够经过光 传感器感应光判断光的强弱，向光强的方向转弯运行，编写的程 序就相当于机器人的大脑，光传感器就似与机器人的眼睛，经过 光传感器的获取信息程序来处理获取的信息最终按照原先设定好 的程序向光强的方向运行。第四章总结经过本次课程设计我们熟练的掌握了机器人ID的设置方法,而且经过对两足机器人的动作设计使其达到行走的效果，我们进 行了小组讨论等形式，进一步掌握了机器人行走的工作原理，为 编写程序提供了更清晰的思路，经过本次试验，我们更加熟练的 掌握了 NorthSTAR软件的应用，加深了对机器人学习的兴趣。本 次课程让我学到了很多东西，不但是知识方面，还有动手方面 等。随着科技的发展，机器人的应用也越来越普遍了。因此在当 今对机器人的了解也是必须的。在没接触这门课的时候，我对机器人并不是很了解，慢慢的 接触之后，我明白了机器人是白动执行工作的机器装置。它既能 够接受人类
